关于驱动器/IC的峰值拉电流和灌电流能力

在大功率应用场合，经常用到驱动器（包括隔离驱动器、有时这也称专用驱动IC)。而衡量其驱动能力，说白了就， 能带多大的管子的能力，体现在规格书中的一些参数中。

TI的这个AN给出了针对规格书参数的验证方式。

(相关资料图)

源：TI ZHCA986A–June 2018–Revised March 2020

了解峰值源电流和灌电流 by Mateo Begue，高功率驱动器

由于数据表中的 IOH 和 IOL 规格，栅极驱动器经常被混淆为连续电流源。例如，设计人员在查看UCC5320SC 时，可能会看到“4.3A 拉电流”和“4.4A 灌电流”参数， 并错误地认为这些器件能够连续提供这些电流。栅极驱动器不需要提供恒定电流----这一点极为关键，其实试想下，如果要一直提供这么大的电流，那区区SO-8这样的封装远远不够，因为它们仅需在切换MOSFET或IGBT的栅极时拉出/灌入电流。有关导通波形，请参考图1。

为了解IOH 和IOL 规格，我们需要查看器件内部的上拉和下拉结构。栅极驱动器的输出级通常具有某种类似图2的变体形式。UCC5320SC 采用分离输出的引脚排列，因此设计人员更容易控制上升和下降时间，而无需添加诸如肖特基二极管之类的额外组件。

在空载条件下，IOH 取决于VCC2 以及RNMOS 与ROH 的并联组合，而IOL 由VCC2 和ROL 设定。RNMOS 有助于上拉结构输送峰值电流，并在米勒平台区域期间短暂增加峰值拉电流，如图1 中的间隔3 所示。这是通过在输出状态从低电平变为高电平的狭窄瞬间开通N 沟道MOSFET 来实现的。将MOSFET 和IGBT 驱动为高电平时，外部栅极电阻器RON 和晶体管的内部栅极电阻RGFET_Int 会降低峰值输出电流，如公式1 所示：

同样，峰值灌电流受制于外部栅极电阻器ROFF（与ROL和RGFET_int 串联），并由公式2 确定

此TI 技术手册将使用隔离式单通道栅极驱动器UCC5320SC 和100nF 容性负载来演示用于确定峰值驱动电流的不同技术。第一种方法根据公式1 和公式

2 计算预期的峰值电流。在为系统选择栅极驱动器时，可使用这些方程来估算峰值驱动电流。

为了在将MOSFET 或IGBT 安装到PCB之前对其驱动过程进行仿真，请选择一个等效于开关输入电容(CISS)的负载电容器。在驱动电压条件下，从MOSFET 或IGBT 的数据表中查找所需的栅极电荷来确定输入电容。

第二种方法使用此CISS 值以及开关波形的dV/dt 来确定拉电流或灌电流。图3 使用游标来测量dV/dt，方法是将光标设置为固定的35ns 间隔并扫过上升沿以查找峰值dV/dt。原则上，将示波器的光标设置为时间间隔Δt（大约是上升时间的10%）以确定流过负载电容器的电流。

使用测得的峰值dV/dt 和负载电容值，根据公式3计算峰值电流。

第三种方法是在电容器和接地端之间插入一个0.1Ω 的电压波形(VSENSE)，其测量值与Vcap 波形的最高dV/dt值一致。

表1 列出了这三种方法的结果。即使与电容器串联一个0.1Ω 的感应电阻器，公式1 估算出的拉电流为4.30A。公式3 使用栅极驱动波形线性区域中的最大测量dV/dt 值，得出的估计值为4.53A。在相同的线性区域中，图4 测量了感应电阻两端的电压，并使用欧姆定律得出峰值IOH 为4.29A。

第一种方法是选择栅极驱动器时的良好起点，但它不是实际的测量值。第二种方法依赖于工程师通过使用固定Δt 并扫过整个波形来精确测量最高dV/dt。最后，在0.1Ω 感应电阻器上测得的电压将为工程师提供一个值，该值是使用图4 和欧姆定律根据峰值驱动电流测量值计算得出的。第三种测量方法的关键是选择一个阻值较小的感应电阻器，以防止峰值输出电流受到任何限制。所有提供的方法都是栅极驱动器峰值输出电流的可接受近似计算方法。

重申一下，IOH 和IOL 不是连续直流值。峰值电流会在瞬间使CISS 充电或放电，然后在开关开通时减小值。